這似乎是一個幼稚的問題,但據我了解,火箭消耗大量能量的原因之一是,要達到穩定的軌道並避免掉回地球,就需要極高的速度(約28,000kph)。
土星五號的任務概況是到達地球軌道,然後然後走向月球。
為什麼不直奔那裡錯過軌道呢? ?我意識到地球的自轉意味著您不希望在升空時直指月球,但這似乎仍然是一種更有效的方法。
(因為這是我的第一個問題,所以我要補充一點,我並不希望在NASA上超過所有人。)
這似乎是一個幼稚的問題,但據我了解,火箭消耗大量能量的原因之一是,要達到穩定的軌道並避免掉回地球,就需要極高的速度(約28,000kph)。
土星五號的任務概況是到達地球軌道,然後然後走向月球。
為什麼不直奔那裡錯過軌道呢? ?我意識到地球的自轉意味著您不希望在升空時直指月球,但這似乎仍然是一種更有效的方法。
(因為這是我的第一個問題,所以我要補充一點,我並不希望在NASA上超過所有人。)
直接進入月球將需要一個非常小的發射窗口。
在啟用大約3到4個小時的發射窗口之前,地球軌道將運行,請參閱此問題。當土星V的第三級第二次點火未能通過服務模塊引擎啟動重入時,有可能從地球軌道中止。
在軌道中的時間用於完成漫長的TLI檢查清單。如果發現嚴重故障,則有可能中止TLI(經月球注射動作)。
直奔月球幾乎沒有收穫,正如@Uwe所說,這使得發射時間非常苛刻。讓我繼續解釋為什麼獲得的收益很少。
火箭從地球到達月球的最省油方式基本上是盡可能加速靠近地球,直到到達為止正以必要的速度(比軌道速度快40%)從地球移向月球。然後它滑行,由於地球的重力而逐漸減慢,直到它剛好到達月球的引力足夠強以將其拉向其餘方向的位置。通過略微錯過月球,並使用火箭使其自身減速一點,它可以進入繞月球運行的軌道。這是由於在這個站點上經常討論的稱為Oberth效應的結果。
現在,當月球或多或少筆直越過頭頂並向上加速時,似乎似乎很明顯。 @Machavity說,這忽略了地球自轉可以獲得的額外速度有用的一點,這意味著最好將大部分加速度水平地向西向東移動(也最好盡可能靠近赤道開始)。一旦這樣做,就會有片刻您以軌道速度運動,因此,如果您僅在此時關閉火箭,便會進入低地球軌道。然後等到軌道速度或多或少地指向月球(實際上是幾天后的速度)之後,重新打開引擎並完成加速。
我認為您可能有一個誤解,而其他任何答案都無法解決。
的確,火箭在進入軌道上所做的大部分工作都在建立足夠的速度以達到軌道速度。但是您必須加快速度才能登上月球。實際上,當它們在前往月球的途中,它們仍在地球周圍的軌道上保持靜止,只是一個很長的瘦軌道,一端靠近地球,另一端位於月球實際圍繞的軌道上。如果沒有到月球,它們會一直繞地球旋轉,靠近時會加速,而遠離時會減速。
因此,不會浪費任何工作。他們首先加快了速度,以維持繞地球的圓形軌道,並花了足夠的時間來確保一切正常。然後他們增加了足夠的額外速度使其登上月球。一口氣完成所有操作不會節省任何燃料。
我建議閱讀其他答案,因為它們解釋了擁有初始停車軌道的積極好處-該答案僅說明了為何效率不低。 (稍後進行編輯以添加此內容。)
這個問題似乎取決於對空間的基本誤解,也就是說,公平地說,這在一般公眾中極為普遍。這個想法是,太空沒有重力,所以太空中的東西沒有重量。
“但是等等!”你說。 “我已經看過太空中宇航員的錄像,對我來說,他們肯定沒有分量。”而且您會說對的,它們確實很輕巧[em] ,但事實並非如此。它們處於一種稱為“自由落體”的狀態。
現在,“自由落體”作為一個技術術語意味著該物體除重力外沒有其他作用力。因此,如果您將槍支垂直向上射擊,則從離開槍管那一刻到擊中地面(忽略空氣阻力)的那一刻,它都是自由落體的,即使它只是在口語中“落下”一半那個時候自由落體的事物似乎對其他同樣自由落體的事物也沒有重量,因此,宇航員才能在飛船周圍漂浮。實際上,已經證明您無法分辨出均勻的重力場中實際失重與自由落體之間的區別。
因此,如果您嘗試從地球上直接爬升,您將處於戰斗狀態整個時間都引力。但是,如果您傾斜並向水平方向推力,則無需對抗重力即可提高速度,這使得中間停車軌道比直接上升**更有效,即使您沒有考慮任何問題例如 Oberth效應。
您提到,要進入穩定的軌道,他們必須達到約28,000公里/小時的速度,這意味著直接上升的速度會較慢。但這不是事實。是的,他們必須以如此快的速度進入軌道,但隨後他們不得不加速甚至更多(以約6,000 km / h的速度),以達到足以避免回落到地球的速度,即使如此,他們也只在附近飛行。當它們到達月球的引力大於地球的引力點並再次開始加速時,達到3,000-5,000 kph。儘管沒有上述效率提升,這與直接上升必須達到的速度相同。
請注意,我不是物理學家,所以我可能沒有很好地解釋這一點。我在口語中使用“反重力”。基本上,重力總是將您拉低,因此,您用來上升的任何燃料都會受到重力的影響。舉一個極端的例子,設想一枚重達100kg的火箭,其發動機產生981N的推力。如果筆直向上,則推力將通過其重量得到完美平衡(忽略因燃油燃燒而導致的質量降低),因此它將全部浪費在一個完全沒有位置的地方。但是,將其轉向側面,突然之間,它的加速比法拉利要快,在2.8秒內從0加速到100 km / h(60 mph)。
同一件事發生在太空中。任何垂直推力(例如徑向向外(遠離行星)或徑向向內(朝向行星))都必須克服航天器的慣性和重力,同時水平推動(前進(向前),逆行) (向後),法線(左)或反法線(右))僅需與航天器的慣性作鬥爭,因此效率更高。您可以在發射過程中看到這一點:火箭必須在短時間內進行徑向推力,以使其超過大氣層的最厚部分,但是為了避免燃燒更多的燃料,它們會盡快地向水平方向傾斜。然後他們必須。低地球軌道大約為7.5 km / s,但是從地面發射的航天器通常具有8至8.5 km / s的delta-v能力,額外的delta-v在短暫的垂直上升階段會因重力而消失
在阿波羅計劃的規劃階段,直接上升被視為一種可行的發射策略。這樣做的好處是,與擔心軌道運行相比,這是一個簡單得多的計劃,而且它們處於主要的時間緊縮狀態。被擱置的原因之一是,他們沒有足夠的設施來建造這種計劃所需的巨大火箭。
*請注意,地球的引力場並非完全均勻。因此,宇航員確實會感受到很小的重力,重力會根據他們在船上的位置而改變強度和方向。這就是為什麼NASA官方文獻中提到“微重力”而不是“零重力”的原因。
**好吧,從技術上講,您不必實際運行即可提高效率。在這裡重要的是水平推力。這樣,您就可以從亞軌道速度一直向水平方向推進,直至逃脫速度,而無需獲得正式的“軌道”。但是像@jamesqf所提到的那樣,停下來檢查一切是否正常,以及是否為下一次引擎燃燒做好了適當的調整,就像@jamesqf所述。
除了物理原因外,還有一個實際的工程原因:您可以利用地球軌道上的時間來檢查您的航天器系統,以查看它們是否受到發射應力的破壞。如果有,您可以迅速中止並返回地球。在月球軌道上也是如此:在進行下降燃燒之前,您可以檢查LM,如果有問題,可以重新與CM對接。
當時的INS(內部導航系統)對振動敏感,土星五號的第一階段很可能在第一階段使除海軍ICBM陀螺儀之外的所有部件都滾動。前兩個階段不過是經過嚴格測試的1959-1962年洲際彈道導彈零件的集合。
有據可查的是,地面基礎IBM大型機和傳奇性的Apollo命令模塊(CM)都可以找到TLA燒傷並進行交叉檢查。加速度計的校準步驟是,將地面站與RCS系統之間具有高消弧角的CMs參考平面對準,這應該在地球軌道上進行,因為如果無線電通信消失了,這將是自動的自給式回家。檢出地球軌道還有80個其他原因,包括機組人員調整了失重狀態。
是否可以通過撥動開關,手錶,窗上蝕刻的齒痕以及對服務模塊萬向節和RCS的手動控制使其進入衛星軌道?即使是軌道計算器,巴茲也說不...找到CQ偏移量是不可能的。為了避免這種情況,美國宇航局額外包裝了2台300磅重的計算機和陀螺儀和1台超大型LM火箭發動機。
如果任一對準六分儀因某種奇怪的脫氣而變得模糊,那麼就不會有離開地球的軌道,也無法為月球軌道燒灼提供平台,因為跟踪位置都指向相同的3度。如果CM以3天之內持平的籃球速度洩漏,那就沒必要離開。如果LEM計算機或通訊中斷,則幾乎不需要離開軌道。如果不能將實時時鐘調整為一致,則登陸後不進行月球對接。如果有任何燃料電池壞了,任務就結束了。
在地球軌道上,幾乎所有稱為“逆行燃燒”的廣播都可以讓宇航員看到地球地平線,並在3到12小時內將您的機組人員帶到航空母艦甲板上。
要考慮的一些關鍵點:
這意味著什麼就是說,為了到達月球,火箭必須獲得比實現低地球軌道所需更多的動能。這也意味著盡快達到軌道速度可以最大程度地減少所需的燃料。
因此,從地球到月球的飛行剖面是一種優化,需要權衡許多因素。
總結一下:
獲得LEO速度並不是浪費精力;它是: